Zellbiologie

Ewiges Leben? Das Unsterblichkeitsenzym

Humane Zellen können sich nicht beliebig oft teilen, denn normalerweise verkürzt sich die DNA bei jeder Replikation ein kleines Stück an ihren Enden, den nicht-kodierenden sog. Telomeren. Sind diese weitgehend aufgebraucht, geht die Zelle zugrunde oder in einen Ruhezustand über – die Zellpopulationen können sich nicht mehr erneuern und der Alterungsprozess setzt ein.

Einige Zellen, wie bspw. Stamm- oder bestimmte Epithelzellen, besitzen jedoch mit der Telomerase ein eingebautes "Anti-Aging-Enzym". Diese reverse Transkriptase kann aus RNA wieder DNA herstellen und so die Telomere verlängern. Dadurch bleibt das Erbgut auch nach vielen Zellteilungen geschützt, weshalb sich die Zelle beliebig oft teilen kann. Diese Unsterblichkeit birgt jedoch auch eine nicht zu unterschätzende Gefahr: In Krebszellen schafft die Telomerase die Voraussetzung zur ungehemmten Proliferation.

Somit ist die Telomerase nicht nur bei der Altersforschung von Interesse, sondern auch ein möglicher Ansatzpunkt für Krebsmedikamente. Ihre Entdeckung wurde vor zehn Jahren übrigens mit dem Nobelpreis ausgezeichnet!

Wie gelangten eigentlich die Mitochondrien zu ihrer Doppelmembran?

Die Antwort darauf verbirgt sich hinter dem Begriff “Endosymbiontentheorie”. Die Mitochondrien waren einst freilebende Bakterien, die wohl von Vorläufern der heutigen Eukaryonten einverleibt (= endozytiert) wurden, ohne jedoch verdaut zu werden. Nach und nach entwickelte sich aus dem Zusammenleben der beiden Zellen ein symbiotisches Verhältnis: Aus den eingewanderten Bakterien entstanden für die Wirtszelle essentielle Energieproduzenten, die Teile ihres Genoms verloren und somit ebenfalls nicht mehr eigenständig überlebensfähig waren.

Durch die evolutionäre Herkunft der Mitochondrien als sog. Endosymbionten lassen sich einige Besonderheiten dieser Zellorganellen ableiten: Die mitochondriale DNA, die wie bei Prokaryonten ringförmig und ohne umhüllenden Zellkern organisiert ist, die 70S-Ribosomen und natürlich das Vorhandensein ihrer ganz speziellen Doppelmembran, die innen prokaryotisch und außen eukaryotisch aufgebaut ist.

Wie kommen eigentlich die Proteine in die Zellmembran?

Alle Zelltypen im Körper tragen Proteine auf ihrer Zellmembran, um mit ihrer Umgebung zu kommunizieren. Bspw. geschieht dies bei Signalmolekülen über Rezeptoren (z.B. Insulinrezeptor) oder über direkte Zellkontakte (z.B. Claudin und Cadherin). Alle diese Proteine müssen deshalb an die Zelloberfläche gelangen. Da die Ribosomen jedoch im Zytosol vorliegen, stellt sich natürlich die Frage: Wie läuft die Translation der Membranproteine ab und welche Rolle spielt das raue Endoplasmatische Retikulum dabei?

Wir haben für euch die molekularen Vorgänge bei der Synthese dieser Proteine in einer gut erfassbaren Animation veranschaulicht. Sie zeigt einen kurzen Überblick über die allgemeine und spezielle Translation: Ribosomen werden über eine Signalsequenz der wachsenden Peptidkette an das ER gelenkt, um dort die Proteinsynthese fortzusetzen.

Viel Spaß beim Anschauen!

Translation und Proteinbiosynthese - Proteinsortierung (in AMBOSS)